DE3226906A1

DE3226906A1 - Verfahren und vorrichtung zur groessenbestimmung von kleinsten partikeln in messproben, insbesondere zur messung von agglutinationen

Info

Publication number: DE3226906A1
Application number: DE19823226906
Authority: DE
Inventors: Gernot Klaus Prof. 5000 Köln Brück
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-17
Filing date: 1982-07-17
Publication date: 1984-01-19

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Größenbestimmung von
kleinsten Partikeln in Meßproben, insbesondere zur Messung von Agglutinationen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Größenbestimmung von kleinsten Partikeln in Meßproben, insbesondere zur Messung von Agglutinationen.
Derartige Verfahren werden z.B. zur Blutgruppenbestimmung angewendet. Blutgruppentests werden zur Zeit oft noch rein visuell durchgeführt, indem durch visuelle Betrachtung gewisse Agglutinationsgrade festgestellt werden. Diese Bestimmung ist aber ungenau und hat schon zu vielen Fehlbestimmungen geführt, weil damit gewisse Blutuntergruppen schwer erkannt werden können.
Auch sind bereits sogenannte Durchstrahlmethoden bekannt.
Bei diesen erfolgt eine reine Absorptionsmessung. Hierbei bestehen aber ebenfalls Ungenauigkeiten, da nicht unterschieden werden kann, ob z. B. ein großer oder mehrere kleine Partikel vorliegen, die aber dem Betrag nach dieselbe Absorption verursachen. Gerade aber die Größe der Partikel gibt eine Aussage über die zu bestimmende Blutuntergruppe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die Größe der einzelnen Partikel genau gemessen werden kann, um auf diese Weise eine genaue Bestimmung von Agglutinationen vornehmen zu können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Laserstrahl auf die Meßprobe geleitet und die Reflexion und/-oder Streustrahlung der in der Probe befindlichen Partikel gemessen wird, wobei die direkte Reflexion am Probenträger ausgeblendet wird und der Fokusdurchmesser des Laserstrahls kleiner/gleich der kleinsten zu messenden Par tikeigröße ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn nach dem Austritt aus dem Laser der Laserstrahl aufgeweitet wird und die aufgeweiteten Parallelstrahlen anschließend in der Ebene der zu messenden Partikel fokussiert werden. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Laserstrahlung als Meßstrahl wird ermöglicht, daß ein Fokus erreichbar ist, der in der Größenordnung der zu messenden Partikel liegt. Hierbei ist ein Fokus bis zu 1 Fm und kleinere Durchmesser erzielbar. Damit wird es möglich, daß bei der maximalen Partikelgröße Fokusgröße und Partikelgröße übereinstimmen und maximale Absorption und Reflexion auftreten, so daß hier im Meßsignal eine Signalspitze auftritt und somit eine exakte Feststellung der vorhandenen Agglutination möglich ist, die durch die jeweilige charakteristische Partikelgröße gekennzeichnet wird. Im Falle, daß kleinere Partikel als die Fokusgröße vorhanden sind, ist die Absorption und damit auch die Reflexion geringer und somit auch das resultierende Meßsignal. Sind größere Partikel als die Fokusgröße vorhanden, so drückt sich dies dadurch aus, daß im Meßsignal Sättel vorhanden sind, so daß auch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens genau bestimmt werden kann, ob die charakteristische Partikelgröße überschritten worden ist.
Weiterhin kann es erfindungsgemäß zweckmäßig sein, wenn der Fokus der aufgeweiteten Parallelstrahlen variabel ist. Somit kann eine Anpassung des Meßverfahrens an die zu erwartende Partikelgröße erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Durchstrahlung der Vorwärtsstreustrahlung der Partikel gemessen werden. Die Vorwärtsstreustrahlung tritt auf der Rückseite der Meßprobe aus, und zwar zusammen mit etwaiger vorhandener Durchstrahlung. Indem in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorwärtsstreustrahlung nach Durchtritt durch die Probe ausgeblendet wird, kann die Realabsorption gemessen werden. Diese ist noch dadurch erhöhbar, daß die Probe eingefärbt wird.
Insbesondere bei kleinen Agglutinationen, wo hauptsächlich Streulicht auftritt, was insbesondere bei Latex-Partikeln in der Größe der Wellenlänge von ca. 632,8 nm der Fall ist, ist es wichtig, die Vorwärtsstreuung messen zu können. Denn hierbei ist praktisch keine Reflexion vorhanden.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Größenbestimmung von kleinsten Partikeln, insbesondere zur Messung von Agglutinationen, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie in den Ansprüchen 7 bis 14 enthalten ist.
Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine alternative Ausführungsform eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2, Fig. 3 eine Prinzipansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Laser 1, der eine parallele, kohärente und monochromatische Strahlung la erzeugt. Der Strahlungsbündeldurchmesser kann im Bereich von 0,3 bis 1 mm liegen. Dem Laser 1 ist eine Aufweitungsoptik 2, bestehend aus einem Linsensystem, im Strahlengang nachgeschaltet, mit der die Laserstrahlung la zunächst gespreizt, d. h. aufgeweitet wird. Der Aufweitungsoptik 2 folgt eine Sammellinse 3, mit der der aufgeweitete Laserstrahl la fokussiert wird.
Hierbei kann eine Fokussierung bis auf einen Fokusdurchmesser von ca. 1 um und kleiner erfolgen. Die Linsen der Optik 2 und die Linse 3 besitzen eine spezielle Durchgängigkeit und Vergütung für Laserlicht, so daß etwa 100 °Ó Durchlässigkeit erreicht wird. Der Sammellinse 3 folgt im Strahlengang ein Probenträger 4, der aus lichtdurchlässigem Material, insbesondere Glas besteht. Auf dem Probenträger 4 sind eine oder mehrere zu untersuchende Proben 5 angeordnet. Bei diesen Proben 5 kann es sich z. B. um Blutproben oder Latexsuspensionen handeln. Die Anordnung des Probenträgers 4 zur Sammellinse 3 ist derart, daß der Brennpunkt der Sammellinse 3 auf der Oberfläche des Probenträgers 4 innerhalb der Probe 5 liegt.
In Strahlungsrichtung vor der Probe 5 ist eine Empfangsvorrichtung 6 angeordnet. Mit dieser Empfangsvorrichtung 6 kann das von der Probe 5 reflektierte und gestreute Licht aufgefangen werden. Unter Streustrahlung ist die Strahlung zu verstehen, die aus der Eigenstrahlung der Partikel in der Probe 5 resultiert. Diese Eigenstrahlung entsteht durch Energieaufnahme der Partikel und hat dieselbe Wellenlänge wie die aufgenommene Strahlung. Die Empfangsvorrichtung 6 ist mit geringem Abstand oberhalb der Probe 5 angeordnet und ermöglicht die gesamte reflektierte Strahlung aufzufangen. Die Empfangsvorrichtung 6 weist in der Mitte etwa eine Blende 7 auf, die einerseits den Einfall der Strahlung erlaubt und andererseits aber weiterhin dazu dient, die direkte Reflexionsstrahlung, die senkrecht nach oben vom Probenträger 4 reflektiert wird, auszublenden, so daß diese das Meßsignal nicht beeinflussen kann. Die Größe der Empfangsvorrichtung 6 ist derart bemessen, daß der gesamte mögliche Reflexionsbereich der Meßprobe 5 abgedeckt ist. Die Empfangsvorrichtung 6 besteht vorteilhafterweise aus einem Photodetektor. Die Sammellinse 3 ist in Strahlungslängsachse hin und her verschiebbar gelagert, siehe Doppelpfeil. Hierdurch ist eine Veränderung der Fokusgröße möglich, so daß eine Anpassung der Fokusgröße an unterschiedliche Partikelgrößen in der Meßprobe 5 durchgeführt werden kann. Weiterhin kann die Empfangsvorrichtung 6 ebenfalls in Strahlungslängsachse hin und her verschiebbar angeordnet sein, um die Reflexionscharakteristik erkennen zu können. Die gesamte Vorrichtung ist derart angeordnet und die einzelnen Teile miteinander verbunden sind, so daß sie einer den Probenträger 4 von Probe zu Probe nach und nach verschoben werden kann. Demnach kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine kontinuierliche Messung durchgeführt und eine Vielzahl von Proben nacheinander untersucht werden.
Die vorbeschriebene Vorrichtung ermöglicht somit die Messung der gesamten Reflexionsstrahlung, wobei die Größe des Reflexionssignals ein Maß für die Partikelgröße ist. Denn erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die maximal zu erfassende Partikelgröße der Größe des Fokus entsprechen soll. Liegen größere Partikel in der Meßprobe vor, deren Größe größer ist als der Fokusdurchmesser, so entstehen im Meßsignal keine Spitzen, sondern Sättel, so daß diese ebenfalls erkannt werden können.
Eine alternative Ausführung zur Vorrichtung gemäß Fig.
1 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei diese sich von der in Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die Empfangsvorrichtung anders ausgebildet ist. Diese Empfangsvorrichtung besteht hier aus einer sogenannten Ulbricht'-schen Kugel 10. Diese Kugel 10 ist mit einer Eintrittsöffnung 11 für die Laserstrahlung la versehen, die mit einem trichterförmigen Rand 12 eingefaßt sein kann.
Ihre Austrittsöffnung 13 ist unmittelbar über der Probe 5 angeordnet, so daß die von dieser reflektierte Strahlung vollständig von der Kugel 10 aufgefangen werden kann. Hierbei ist die Größe der Öffnung 13 derart gewählt, daß der gesamte Reflexionsbereich erfaßt wird.
Durch die Ulbricht'sche Kugel 10 wird das gesamte, von der Meßprobe 5 reflektierte und eventuell rückgestreute Licht aufgefangen und auf den Photodetektor 15 in der Kugelwand geleitet und dort als Meßsignal erfaßt.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 dadurch, daß unterhalb des Probenträgers 4 noch eine zusätzliche Meßeinrichtung für die durch Vorwärtsstreuung entstehende Strahlung und für die Durchstrahlung angeordnet ist. Diese Meßeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einer Ulbricht'- schen Kugel 15, deren Eintrittsöffnung genau mittig unter dem Fokus des Strahlengangs la angeordnet ist und deren Größe derart bemessen ist, daß das gesamte Streulicht und die Durchstrahlung aufgefangen werden. Durch diese zusätzliche Meßeinrichtung unterhalb der Probe 5 wird die Vorwärtsstreuung und die Durchstrahlung erfaßt, d. h. der nicht reflektierte Anteil des Meßstrahls.
Indem zusätzlich vor der Eintrittsöffnung der Ulbricht'-schen Kugel eine Blende 16 angeordnet ist, deren Größe etwa dem Austrittsstrahl angepaßt ist, kann die Vorwärtsstreustrahlung ausgeblendet werden, so daß nur noch derjenige Strahlungsanteil erfaßt wird, der absorbiert wird und/oder durchstrahlt. Die Ulbrich'sche Kugel 15 ist zusammen mit der oberhalb der Meßprobe angeordneten Meßeinrichtung verbunden, so daß diese gemeinsam mit dieser verschoben werden kann. Die Ulbricht'sche Kugel 15 eignet sich auch zu reinen densitometrischen Messungen, z.B. zum Auswerten von Elektrophoresen.

Claims

Ansprüche: Verfahren zur Größenbestimmung von kleinsten Partikeln in Meßprobe, insbesondere zur Messung von Agglutinationen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein Laserstrahl auf die Meßprobe geleitet und die Reflexion und/oder Streustrahlung der in der Probe befindlichen Partikel gemessen wird, wobei die direkte Reflexion am Probenträger ausgeblendet wird und der Fokusdurchmesser des Laserstrahls kleiner/gleich der kleinsten zu messenden Partikelgröße ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß nach dem Austritt aus dem Laser der Strahl aufgeweitet wird und die aufgeweiteten Parallelstrahlen anschließend in der Ebene der zu messenden Partikel fokussiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Fokus der aufgeweiteten Parallelstrahlen variabel ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reflexion und die Vorwärtsstreustrahlung und/oder Durchstrahlung gemessen werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorwärtsstreustrahlung nach Durchtritt durch die Probe gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Vorwärtsstreustrahlung nach Durchtritt durch die Probe ausgeblendet wird.
7. Vorrichtung zur Größenbestimmung von kleinsten Partikeln in Meßproben, insbesondere zur Messung von Agglutinationen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h eine als Laser (I)ausgebildete Lichtquelle, in deren Strahlengang (la) eine Aufweitungsoptik(2) angeordnet ist und hinter dieser eine Sammellinse (3), deren Brennpunkt auf der Oberfläche eines Probenträgers (4) liegt, wobei in Strahlungsrichtung vor dem Brennpunkt eine photoelektrische Empfangsvorrichtung (6) zur Messung der Reflexionsstrahlung angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Empfangsvorrichtung (6) mittig unmittelbar über dem Brennpunkt angeordnet ist und eine Durchtrittsöffnung (7) für die fokussierte Strahlung besitzt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sammellinse (3) in bezug auf ihre Brennweite veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Empfangsvorrichtung (6) plattenförmig als Photodetektor ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Empfangsvorrichtung aus einer Ulbricht'schen Kugel (10) besteht mit zwei hintereinander angeordneten Öffnungen (11,13) zum Durchtritt der fokussierten Strahlung und einem in der Kugelvand angeordneten Photodetektor (14).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die obere Eintrittsöffnung (11) der Ulbricht'schen Kugel (10) einen trichterförmigen Rand (12) besitzt.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß unterhalb des Probenträgers (4) und des Fokus eine weitere, insbesondere als Ulbricht'sche Kugel (15) ausgebildete Empfangsworrichtung zum Emofang der Durchstrahlung und der Vorwärtsstreustrahlung angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß vor der Eintrittsöffnung (16) der Ulbricht'schen Kugel (15) eine Blende (17) angeordnet ist, deren Durchmesser dem Austrittsstrahl aus der Probe angepaßt ist.